(57)【要約】    【課題】  コア材の表面傷の発生を抑制させることを課題としている。    【解決手段】  金属材料からなるコア材と、前記金属材料よりも熱間変形抵抗の低い金属材料からなる被覆材とを用い、前記コア材を前記被覆材で覆った状態で圧延ロールにより熱間圧延して前記コア材を金属部材に加工する金属部材の製造方法であって、コア材と接触する接触面が最大表面粗さ（Ｒｙ）で０．３５μｍ以上の表面粗さを有している被覆材を前記圧延ロールと前記コア材との間に配して熱間圧延することを特徴とする金属部材の製造方法を提供する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料からなるコア材と、前記コア材よりも熱間変形抵抗の低い金属材料からなる被覆材とを用い、前記コア材を前記被覆材で覆った状態で圧延ロールにより熱間圧延して前記コア材を金属部材に加工する金属部材の製造方法であって、
コア材と接触する接触面が最大表面粗さ（Ｒｙ）で０．３５μｍ以上の表面粗さを有している被覆材を前記圧延ロールと前記コア材との間に配して熱間圧延することを特徴とする金属部材の製造方法。
【請求項２】
前記コア材に用いる金属材料が、融点１８００℃以上の高融点金属材料である請求項１記載の金属部材の製造方法。
【請求項３】
前記圧延ロールの圧延速度が２０〜３５０ｍ／ｍｉｎである請求項２記載の金属部材の製造方法。
【請求項４】
前記高融点金属材料が、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒの何れかを主成分とする高融点金属材料である請求項２又は３記載の金属部材の製造方法。
【請求項５】
炭素鋼製又はステンレス鋼製の被覆材が用いられる請求項２乃至４の何れかに記載の金属部材の製造方法。
【請求項６】
前記高融点金属材料を用い、８００℃を超え１３５０℃以下の温度で熱間圧延する請求項２乃至５の何れかに記載の金属部材の製造方法。
【請求項７】
コア材を複数回熱間圧延して金属部材に加工する請求項６記載の金属部材の製造方法。
【請求項８】
前記複数回の熱間圧延の内、少なくとも１回の幅出し圧延を行う請求項７記載の金属部材の製造方法。
【請求項９】
圧延された被覆材の表面温度分布を測定する請求項６乃至８のいずれかに記載の金属部材の製造方法。
【請求項１０】
圧延された被覆材の表面赤熱領域の寸法測定を実施する請求項６乃至９のいずれかに記載の金属部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン合金や、耐熱合金などの金属材料は、熱間変形抵抗の温度依存性が高いことから、そのままの状態でロール圧延により熱間圧延しようとすると、圧延ロールとの接触により表面付近の温度が低下し、該表面付近よりも温度の高い内部との変形抵抗が大きく異なることとなる。そのため、このような熱間変形抵抗の温度依存性が高い金属材料は、そのままの状態でロール圧延することが困難で、従来、このような金属材料をロール圧延により金属部材に加工する場合には、この金属材料をコア材とし、該コア材よりも熱間変形抵抗の低い金属材料を被覆材として用いて、前記コア材の表面をこの被覆材で覆った状態、すなわち、コア材の表面温度が圧延ロールにより低下することを抑制した状態でのパック圧延などと呼ばれる圧延方法が採用されている。
【０００３】
しかし、このパック圧延においては、異なる変形抵抗のものを同時に圧延することから所望の加工精度の製品を得ることが困難で、特許文献１には、チタン合金からなるコア材と、該コア材を上下から挟むカバー材や前記コア材の四周部に配されるスペーサー材などの被覆材とを用いて、前記カバー材とコア材との厚さの比を所定の値としてチタン合金を広幅な薄物金属部材に高い厚さ精度で加工することが記載されている。
また、特許文献２には、コア材と被覆材との変形抵抗が５ｋｇ／ｍｍ2以下となるようそれぞれの温度を選定してパック圧延することにより、得られる金属部材の波打ち、板厚不良を低減させることが記載されている。
【０００４】
ところで、パック圧延では、圧延後に被覆材とコア材とを分離する必要があることから、これらの間にアルミナ粉などの分離剤が挿入されるなどして焼付き防止が行われたりしている。このような、パック圧延では被覆材とコア材との密着性が低く、滑りを生じ易い状態となっている。この滑りが生じるとコア材の表面に擦り傷が生じ、機械的研磨などで除去する必要が生じ、歩留まりの低下やコスト上昇を生じさせている。
一方、被覆材に使用される金属材料は、格落ち品やスクラップ材が用いられる場合が多く。特にその表面性状を顧みられることなく用いられており、例えば、ステンレス鋼材のごとく表面光沢の品質が要求される鋼種では、表面が極めて平滑なものが被覆材として用いられたりもしている。
すなわち、このパック圧延のごとく、金属材料からなるコア材と、前記金属材料よりも熱間変形抵抗の低い金属材料からなる被覆材とを用い、前記コア材を前記被覆材で覆った状態で、圧延ロールにより熱間圧延して前記コア材を金属部材に加工する金属部材の製造方法においては、従来、被覆材とコア材との滑りについての考慮が何等なされておらず、この滑りを抑制させて、コア材の表面に傷が生じることを抑制することが困難であるという問題を有している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３００６０３号公報
【特許文献２】特開平５−４２３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、金属材料からなるコア材と、前記金属材料よりも熱間変形抵抗の低い金属材料からなる被覆材とを用い、前記コア材を前記被覆材で覆った状態で、圧延ロールにより熱間圧延して前記コア材を金属部材に加工する金属部材の製造方法において、コア材の表面傷の発生を抑制させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、従来省みられることのなかった被覆材に着目して、金属部材の傷の発生について鋭意検討を行った結果、被覆材とコア材との間に、圧延時にすべりが生じて金属部材の表面に傷が形成されること、ならびに、コア材と接触する接触面において所定の表面粗さを有する被覆材を用いることで前述のようなすべりを抑制し得ることを見出し本発明の完成に到ったのである。
すなわち、本発明は、前記課題を解決すべく、金属材料からなるコア材と、前記金属材料よりも熱間変形抵抗の低い金属材料からなる被覆材とを用い、前記コア材を前記被覆材で覆った状態で圧延ロールにより熱間圧延して前記コア材を金属部材に加工する金属部材の製造方法であって、コア材と接触する接触面が最大表面粗さ（Ｒｙ）で０．３５μｍ以上の表面粗さを有している被覆材を前記圧延ロールと前記コア材との間に配して熱間圧延することを特徴とする金属部材の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、圧延ロールと前記コア材との間に配される被覆材として、コア材と接触する接触面が最大表面粗さ（Ｒｙ）で０．３５μｍ以上の表面粗さを有することから、圧延を行う際にコア材と被覆材との間のすべりが生じることを抑制することができ、このコア材に傷が発生することを抑制し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
まず、本発明の金属部材の製造方法に用いる、各部材について説明する。
【００１０】
本実施形態における金属部材の製造方法においては、この金属部材に加工されるコア材と、該コア材よりも熱間変形抵抗の低い金属により形成された被覆材を用いる。
【００１１】
本実施形態における前記コア材には、融点が１８００℃以上の高融点金属材料により形成されたものを用いることができる。前記高融点金属材料としては、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒやこれら金属の合金などＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒを主成分とする金属材料を用いることができる。これらは、一般的な鉄鋼設備の運転可能温度である１３５０℃以下での加工が困難であるが、本実施形態の製造方法においては、１３５０℃以下で加工することができるようになるため、特殊な設備を必要とせず、製造が容易となる点において好適である。
また、このようなコア材は、熱間静水圧プレス（以下「ＨＩＰ」ともいう）、鋳込み成形あるいは粉末焼結などにより、通常、直方体形状のスラブに成形されたものを用いる。
【００１２】
本実施形態における前記被覆材としては、通常、コア材の上下の面よりも大きな長方形の平板形状を有するカバー材と、前記コア材の厚さと略同厚の角棒に形成されたスペーサー材とを用いる。また、前記カバー材としては、通常、コア材と、該コア材の四周部にスペーサー材を配したよりも僅かに大きな平板形状のものを用いる。すなわち、カバー材の幅は、２本分のスペーサー材の幅とコア材の幅とを足し合わせた幅よりも幅広で、２本分のスペーサー材の幅とコア材の長さとを足し合わせた長さよりも長さが長い長方形状を有している。
これら、カバー材、スペーサー材には、圧延温度における熱間変形抵抗が、コア材に用いられる金属材料よりも低い値を有するものが用いられ、コア材として前述したような高融点金属材料が用いられる場合には、汎用性が高く、種々のサイズ、形状のものが容易に準備できる点から炭素鋼又はステンレス鋼が好適である。
【００１３】
また、前記被覆材には、少なくとも一面が最大表面粗さ（Ｒｙ）で０．３５μｍ以上の表面粗さを有しているものが用いられる。なお、このＲｙの値は、ＪＩＳ  Ｂ  ００６１に準じ表面粗さ計などを用いて測定することができる。また、最大表面粗さ（Ｒｙ）で０．３５μｍ以上の表面粗さを有している状態とは、対象となる面の１０箇所においてＲｙを測定した平均値が０．３５μｍ以上となることを意味している。
また、すべりが生じて、傷が発生することをより有効に防止し得る点において、Ｒｙは、０．５μｍ以上であることが好ましい。
【００１４】
次いで、このようなコア材と被覆材とを用いて、圧延ロールによる熱間圧延を行い金属部材を製造する方法について説明する。
【００１５】
圧延ロールにより熱間圧延する被加工体は、前述したようなコア材と被覆材とを用いて以下に示すように、被覆材により形成された箱体の内部にコア材を配した状態に形成される。
まず、カバー材を前述の表面粗さを有する面を上向に設置し、該カバー材の略中央部分にコア材（スラブ）を載置する。次いで、スペーサー材をその外縁がカバー材の外縁に沿うように、前記コア材の四側面から距離を設けて配置する。そして、さらにもう１枚のカバー材を、今度は前述の表面粗さを有する面を下向にして、コア材ならびにスペーサー材上に載置して被加工体を完成させる。このようにして、被覆材で形成された箱体の中央部にコア材を配して被加工体を形成する。なお、前記スペーサー材としては、コア材に面した側面が前述の表面粗さとされているものを用いることが好ましい。
【００１６】
なお、要すれば、被加工体のカバー材とスペーサー材とはＴＩＧ溶接などにより溶接されていてもよい。ただし、その場合は、載置されたコア材とスペーサー材との間の空気により、圧延時に破裂が生じるなどの不具合を抑制すべく、前記被加工体には、コア材が載置されている側から外部に連通する貫通部を設けることが好ましい。
【００１７】
また、このとき、圧延加工終了後に金属部材から被覆材を容易に除去し得るように、前記被覆材と前記コア材との間にアルミナ粉などの分離剤を配してもよい。
なお、このような分離剤を用いる場合には、前記被覆材は、最大表面粗さ（Ｒｙ）で０．５μｍ以上の表面粗さを有していることが好ましく、１．０μｍ以上の表面粗さを有していることがさらに好ましい。
【００１８】
以上のごとく、コア材を被覆材で覆った被加工体を圧延ロールにより熱間圧延するには、まず、被加工体を所定温度に加熱する。このとき、より高い温度まで加熱して、圧延ロールによる圧下率を高いものとすることもできるが、一般的な製造設備を使用できる観点から、熱間圧延の温度としては８００℃を超え、１３５０℃以下とすることが好ましい。また、２０〜３５０ｍ／ｍｉｎの圧延速度で複数回圧延を実施して所定形状の金属部材を製造することが好ましい。
【００１９】
これは、８００℃以下の温度では、コア材に割れが発生するおそれを有し、１３５０℃を超える温度とする場合には、加熱ヒーター、耐火レンガなどの加熱設備を一般のものよりも耐熱性の高い特別仕様のものとする必要があり、さらには、被覆材の表面酸化膜の形成を促進させて該表面酸化膜が圧延時に脱落して傷を発生させるおそれを有するためである。
また、２０〜３５０ｍ／ｍｉｎの圧延速度が好ましいのは、３５０ｍ／ｍｉｎを超える圧延速度とすると、圧延ロールに被加工体が噛み込んだ時の衝撃が大きく、コア材が割れてしまうおそれを有するためである。また、２０ｍ／ｍｉｎ未満の圧延速度としても、圧延速度の低下に見合う、衝撃を和らげる効果が得られないばかりか、加工時間が長くなり、被加工体の温度低下により圧下率を低く設定するする必要があるなど作業性を低下させるおそれを有するためである。
また、複数回の圧延を行うことが好ましいのは、圧下率が大きくなり過ぎてコア材に割れが生じることを抑制でき、しかも、複数回の圧延により、一度の圧延で生じた曲がり、反りを二度目以降の圧延で矯正することが可能となるためである。さらには、加工のバラツキが平均化されて金属部材をより平坦化させ得るという点においても複数回の圧延を行うことが好ましい。
また、このとき、少なくとも１回は、被加工体を水平方向に９０度回転させて圧延する幅出し圧延を行うことが好ましい。また、この幅出し圧延は、目標とする製品寸法を得られ易い点において圧延初期に実施することが好ましい。
【００２０】
なお、圧延後の被覆材表面の温度分布や、赤熱している赤熱領域の寸法を測定することで内部のコア材の寸法を確認することができる。これは、コア材の存在する部分では、内部からの復熱により被覆材表面がそれ以外の場所よりも高温となるためである。このことにより、被覆材を除去することなくコア材の寸法を特定することができ、寸法精度を高め得る製造方法とすることができる。
【００２１】
なお、本実施形態においては、より高温での加工が必要となるため、空気との接触面積を減らして、酸化皮膜が形成されることを抑制し得る点においてより優れた効果を生じさせ得ることから、融点が１８００℃以上の高融点金属材料をコア材に用いているが、本発明においては、コア材を高融点金属材料に限定するものではない。
【実施例】
【００２２】
（実験例１：実施例１〜３、比較例１〜３）
（実施例１）
（コア材スラブの作成）
コア材１：純Ｍｏ、コア材２：Ｍｏ−１％Ｔｉ（Ａ合金）、コア材３：Ｍｏ−１％Ｔａ（Ｂ合金）の三種類のコア材を用い、各コア材を粉末焼結により、高さ３０ｍｍ×幅２００ｍｍ×長さ５００ｍｍのコア材スラブを作成した。
（被加工体の形成）
表面粗さ（Ｒｙ＝０．５μｍ）のＳＳ４００、表面粗さ（Ｒｙ＝０．５μｍ）のＳＵＳ３０４の６ｍｍ厚さの被覆材を用いて、高さ４２ｍｍ×幅３００ｍｍ×長さ６５０ｍｍとなるようコア材の前後及び左右に空間を設けて被加工体を形成した。
なお、被加工体同士は、ＴＩＧ溶接により接合したが、長手方向端部に配された被覆材については、それぞれ５０ｍｍの区間ＴＩＧ溶接を行わず、空気抜き用の貫通孔とした。
（熱間圧延）
直径４００ｍｍの圧延ロールを備えた２段可逆圧延機を用いて、１パスの圧下率を約１０％として、コア材の高さが６０ｍｍとなるまで圧延して金属部材の製造を行った。
このとき加工温度は、１２５０℃で、圧延速度は１００〜２５０ｍ／ｍｉｎとした。
（評価）
製造された金属部材の表面の傷の状況を目視によって評価した。結果を表１に示す。
【００２３】
（実施例２）
Ｍｏに代えて、コア材１：純Ｃｒ、コア材２：Ｃｒ−１％Ｍｏ、コア材３：Ｃｒ−３％Ｍｏを用い、１２８０℃の加工温度で熱間圧延した以外は、実施例１と同様に金属部材を製造した。
（実施例３）
Ｍｏに代えて、コア材１：純Ｗ、コア材２：５０％Ｗ−５０％Ｍｏを用い、１１５０℃の加工温度で、圧延速度は１００〜２００ｍ／ｍｉｎで熱間圧延した以外は、実施例１と同様に金属部材を製造した。
【００２４】
（比較例１）
表面粗さ（Ｒｙ＝０．３μｍ）のＳＳ４００、表面粗さ（Ｒｙ＝０．３μｍ）のＳＵＳ３０４を用いたこと以外は、実施例１と同様に金属部材を製造した。
（比較例２）
表面粗さ（Ｒｙ＝０．３μｍ）のＳＳ４００、表面粗さ（Ｒｙ＝０．３μｍ）のＳＵＳ３０４を用いたこと以外は、実施例２と同様に金属部材を製造した。
（比較例３）
表面粗さ（Ｒｙ＝０．３μｍ）のＳＳ４００、表面粗さ（Ｒｙ＝０．３μｍ）のＳＵＳ３０４を用いたこと以外は、実施例３と同様に金属部材を製造した。
【００２５】
（実験例２：実施例４〜１１）
（実施例４〜１１）
加工温度を、７００〜１３５０℃において実施した以外は、実施例１と同様に金属部材を製造した。各金属部材の評価結果を表２に示す。
（実験例３：実施例１２〜１９）
（実施例１２〜１９）
コア材スラブをＨＩＰにて作成した以外は実施例４〜１１と同様に金属部材を製造した。各金属部材の評価結果を表３に示す。
【００２６】
（実験例４：実施例２０〜２８）
（実施例２０〜２８）
加工温度を、７００〜１３５０℃において実施した以外は、実施例１と同様に金属部材を製造した。その際の、被覆材表面温度を高温タイプの接触式温度計で測定し温度分布から、内部のコア材位置（寸法）特定が可能かどうか、あるいは、赤熱部（赤黒〜赤〜赤白）領域からコア材位置（寸法）特定が可能かどうかの確認した評価結果を表４に示す。
【００２７】
【表１】
2006218484.tif 000002
なお、表１中の記号「◎」は、コア材表面に傷がなかったことを示し、「○」は、コア材表面に実質上問題とならない程度のかすかな傷が発生したことを示し、「×」は、問題となる傷が発生したことを示す。
以上のように、表１から、Ｒｙ０．３５μｍ以上の表面粗さを有している被覆材を用いることで金属部材表面の傷つきを抑制し得ることがわかる。
【００２８】
【表２】
2006218484.tif 000003
【００２９】
【表３】
2006218484.tif 000004
表２及び表３より、高融点金属材料を用いたコア材については、８００℃を超え１３５０℃以下の加工温度とすることで、加工性が良好となることがわかる。
【００３０】
【表４】
2006218484.tif 000005
表４の結果から高融点金属材料を８００〜１３５０℃の温度で圧延した場合は、被覆材を除去することなくコア材の寸法を特定することができ、寸法精度を高め得る製造方法とすることができることがわかる。